去年 2 月 12 日，科學家宣佈成功以兩座激光干涉重力波天文台 (aLIGO) ，在 2015 年 9 月 14 日首次測量到重力波。此重力波，及其後 3 次的重力波發現均力證愛因斯坦百年前在廣義相對論的預言。

廣義相對論指出時空會被極重物質所扭曲：情況就如同將鉛球和網球放上彈床上時，鉛球的重量會將彈床壓得更深，周邊的網球沿著被壓低的彈床滾動，出現類似行星公轉情況。從外觀察，網球就如同被一道「力」所吸引，但實際原因是被壓低的彈床引起。假設時空出現兩個極重的天體，例如黑洞和中子星，兩者就會互相圍繞公轉。由於時空不斷被扭曲，因此形成以光速對外擴散的重力波。

今屆諾貝爾物理學得獎者物理學家 Rainer Weiss 、Kip S. Thorne 和 Barry C. Barish 自 70 年代起已展開重力波研究。Rainer Weiss 在 70 年代中期已著手研究和分析背景雜訊來源，以及設計了一個激光測量器克服雜訊問題。而在此之前， Rainer Weiss 和 Kip Thorne 亦相信重力波可被測量，而且有機會顛覆我們對宇宙認識。在 1994 年 Barry Barish 接任首席科學家，及 1997 年成為研究總監時，他更將原來 40 多人的研究團隊擴展成過千科學家的跨國研究隊伍。籌備多年後，終於從 2002 年設立第一代 LIGO 測量重力波。

直接測量重力波存在並不容易。因為即使天體質量極高，重力波波幅仍然十分小。2000 年起頭十年，研究隊伍均未能測量到任何重力波。當時有部份科學家指出，如果未能錄得重力波，有機會令廣義相對論及重力波理論受極為嚴峻的質疑。經過 40 年努力，他們終於成功在 2015 年 9 月 14 日，利用兩座分別位置路易斯安那州和華盛頓州激光干涉重力波天文台 (Advanced Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory, aLIGO) 測量到重力波，更觀察到兩個比太陽重 29-36 倍的黑洞的合併現象。

aLIGO 測量原理相當簡單直接，只是利用簡單光干涉原理。aLIGO 各有兩條互相垂直、長 4 公里的激光隧道。在嘗試測量重力波時，科學家會同時將激光沿著兩條隧道發射。隧道末端的鏡會將激光反射回起點，將兩條激光重新結合，形成干涉圖像。aLIGO 能探測到大約萬份之一質子距離變化，只要有微小變化則代表他們有機會偵測到重力波。

在首次錄得重力波後，研究隊伍並沒有因而停止測量，而是繼續從兩座 aLIGO 中測量到 2 次重力波，以收集更多相關數據。上月 14 日，來自法國、荷蘭、波蘭、意大利與匈牙利五個國家實驗室科學團隊與 LIGO 合作，利用新升級的意大利比薩附近的室女座干涉儀 (Virgo interferometer) 首次測出重力波。這次是人類迄今第四次錄得重力波訊號，同一重力波訊號亦由 LIGO 測出。

諾貝爾獎委員會在文件形容，重力波研究開拓了宇宙射線和中微子以外的全新視野。他們期望科學家能從重力波研究和當中訊息，能讓我們更加了解「時空」以及宇宙奧秘。 

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Nobel Prize, Cosmic chirps, 3 October 2017

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文／Edward Ho、核稿／Alan Chiu